DE69637079T2 - HOCHGESCHWINDIGKEITSCHROMATOGRAPHIE - Google Patents
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Description
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Die Erfindung ist auf Hochgeschwindigkeitsgaschromatographie zur Detektion von verschiedenen Verbindungen gerichtet.The Invention is for high speed gas chromatography for detection directed by different compounds.
Gaschromatographie
wird in den
Das
Das
Das
Das
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Erfindung sieht ein Hochgeschwindigkeitsblitzgaschromatographiesystem vor, welches in einer oder zwei Minuten Ergebnisse bietet, welche eine oder zwei Stunden einer Verarbeitung durch herkömmliche Gaschromatographiesysteme erfordern würden. Das System schließt ein einen beheizten isothermen Bereich und eine Gaschromatographiesäule, welche außerhalb von dem isothermen Bereich lokalisiert ist. Das System schließt auch einen Detektor und einen Flusspfad zwischen dem Detektor und der Gaschromatographiesäule ein. Zumindest ein Abschnitt des Flusspfades ist in dem isothermen Bereich positioniert.The The invention provides a high speed flash gas chromatography system which provides results in one or two minutes, which one or two hours of processing by conventional gas chromatography systems would require. The system closes a heated isothermal section and a gas chromatography column outside is located from the isothermal area. The system also closes a detector and a flux path between the detector and the gas chromatography column one. At least a portion of the flow path is in the isothermal Positioned area.
Ausführungsformen der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen. Das System kann ein Gehäuse außerhalb des isothermen Bereichs einschließen, mit der Gaschromatographiesäule in dem Gehäuse positioniert. Das Gehäuse kann konfiguriert sein, um die Gaschromatographiesäule von den Wärmequellen außerhalb des Gehäuses zu isolieren. Zu diesem Zweck kann das Gehäuse eine isolierende Wand zwischen dem Gehäuse und dem isothermen Bereich einschließen.embodiments of the invention can be one or more of the following features. The system can be a housing outside the include isothermal area, with the gas chromatography column in the case positioned. The housing can be configured to control the gas chromatography column of the heat sources outside of the housing to isolate. For this purpose, the housing may have an insulating wall between the housing and the isothermal region.
Die Gaschromatographiesäule schließt eine leitende Metallhülse ein, und das System kann eine Schaltung einschließen zum Zuführen eines elektrischen Stroms zu der leitenden Metallhülse zum Heizen der Säule. Um die Menge an Wärmeverlust von der Hülse zu dem Gehäuse zu verringern, ist das Innere des Gehäuses so gestaltet, dass es eine geringe thermische Masse aufweist. Zum Beispiel kann das Innere des Gehäuses eine dünne Schicht von Metall aufweisen, welche auf einer dicken Schicht einer thermischen Isolation aufliegt. Diese Anordnung verringert auch die Wärmemenge, welche durch das Innere des Gehäuses während aufeinanderfolgenden Heiz-/Kühlzyklen zurückgehalten wird.The gas chromatography column includes a conductive metal sleeve and the system may include a circuit for Respectively an electric current to the conductive metal sleeve to Heating the column. To the amount of heat loss from the sleeve to the housing To reduce, the interior of the case is designed to be there has a low thermal mass. For example, the interior of the housing a thin one Layer of metal, which on a thick layer of a thermal insulation rests. This arrangement also reduces the amount of heat which through the interior of the case while consecutive heating / cooling cycles retained becomes.
Zusätzlich zu der leitenden Metallhülse kann die Gaschromatographiesäule eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material einschließen, welche die leitende Metallhülse umgibt. Das Material kann auch eine thermische Isolierung bieten. Zum Beispiel kann die Metallhülse von einer Schicht aus Glasfasern umgeben sein. Die Gaschromatographiesäule kann aus Gründen der Kompaktheit gewendelt sein.In addition to the conductive metal sleeve can the gas chromatography column include a layer of electrically insulating material which the conductive metal sleeve surrounds. The material can also provide thermal insulation. For example, the metal sleeve be surrounded by a layer of glass fibers. The gas chromatography column can for reasons the compactness be coiled.
Das Gehäuse kann auch ein Gebläse einschließen zum Umwälzen von Luft in dem Gehäuse, um eine homogene Wärmeverteilung innerhalb des Gehäuses vorzusehen. Diese Luftumwälzung verhindert oder verringert das Auftreten eines sogenannten Kamineffekts, der auftreten kann, wenn Luft, aufgeheizt durch untere Wendeln der Säule, aufsteigt und obere Wendeln der Säule heizt.The casing can also be a fan lock in to circulate of air in the enclosure to a homogeneous heat distribution inside the case provided. This air circulation prevents or reduces the occurrence of a so-called chimney effect, which can occur when air heated by lower spirals of air Pillar, ascends and heats the upper filaments of the column.
Das Gehäuse kann auch einen Einlass einschließen, welcher konfiguriert ist, um in einer offenen Position zu wirken, welche einen Fluss in das Gehäuse durch den Einlass gestattet, oder einer geschlossenen Position, welche einen Fluss in das Gehäuse durch den Einlass verhindert. Ein Steuermechanismus, wie etwa Klappen, kann an dem Einlass angebracht sein und betreibbar sein, um den Einlass zwischen den offenen und geschlossenen Positionen umzuschalten. Ein Prozessor, konfiguriert, um das System zu steuern, kann mit dem Steuermechanismus verbunden sein und konfiguriert sein, um den Steuermechanismus zu veranlassen, den Einlass in die offene Position zu platzieren, um die Gaschromatographiesäule zu kühlen.The casing may also include an inlet which is configured to act in an open position, which flows through the housing allows the inlet, or a closed position, which a flow into the housing prevented by the inlet. A control mechanism, such as flaps, can be attached to the inlet and be operable to the To switch the inlet between the open and closed positions. A processor configured to control the system can be used with be connected to the control mechanism and configured to the control mechanism to cause the inlet to be placed in the open position, around the gas chromatography column to cool.
Das System kann auch einen Halter einschließen, welcher konfiguriert ist, um die Säule in der gewendelten Konfiguration beizubehalten. Zum Beispiel kann der Halter vier Seitenschienen und ein Paar von Ringen einschließen, wobei die Seitenschienen mit den Ringen verbunden sind. Jede Seitenschiene kann Nuten an einer Oberfläche der Seitenschiene einschließen, welche im Inneren des Halters ist, wobei jede Nut so bemessen ist, dass sie eine Wendel der Säule aufnimmt.The system may also include a holder configured to maintain the column in the coiled configuration. For example, the holder can have four side rails and one Include a pair of rings, wherein the side rails are connected to the rings. Each side rail may include grooves on a surface of the side rail which is inside the holder, each groove being sized to receive a coil of the column.
Kühlkörper können an jedem Ende der Gaschromatographiesäule angebracht sein. Wenn der isotherme Bereich eine isotherme Kammer ist, kann das System auch eine Halterung einschließen, positioniert in einer äußeren Wand der isothermen Kammer. Ein Kühlkörper, angebracht an einem Ende der Gaschromatographiesäule, kann in die Halterung eingefügt sein. Das System kann auch eine zweite Halterung einschließen, positioniert in der äußeren Wand der isothermen Kammer, und ein Kühlkörper, angebracht an dem anderen Ende der Gaschromatographiesäule, kann in die zweite Halterung eingefügt sein.Heat sinks can on be attached to each end of the gas chromatography column. When the isothermal Area is an isothermal chamber, the system can also be a holder lock in, positioned in an outer wall the isothermal chamber. A heat sink, attached at one end of the gas chromatography column may be inserted in the holder. The system may also include a second holder positioned in the outer wall the isothermal chamber, and a heat sink attached at the other end of the gas chromatography column, can in the second holder be inserted.
Die Kühlkörper können elektrisch leitend sein und an den Enden der Metallhülse angebracht sein. Die Halterungen können konfiguriert sein, um einen elektrischen Strom zum Heizen der Säule durch das Anbringen der Halterungen an den Kühlkörpern vorzusehen.The Heat sinks can be electric be conductive and attached to the ends of the metal sleeve. The brackets can be configured to provide an electrical current to heat the column through to provide the attachment of the brackets to the heat sinks.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, einschließlich der Zeichnungen, und aus den Ansprüchen deutlich werden.Other Features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed Description, including of the drawings, and from the claims.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDescription of the preferred embodiments
Mit
Bezugnahme auf
Auch
mit Bezugnahme auf die
Die
Ringe
Mit
Bezugnahme auf die
Um
das Einführen
der Säule
Bezugnehmend
wiederum auf die
Mit
Bezugnahme auf die
Wie
in den
Elektrische
Leitungen
Alternative
Techniken zum Messen der Temperatur der Röhre schließen ein Wickeln eines Drahts durch
die Hülse
Rippen
Wieder
bezugnehmend auf
Ein
Wärmeverlust
von der Röhre
zur Luft in dem Gehäuse
Das
Säulengehäuse
Um
die Röhre
Das
Gehäuse
Im
Allgemeinen ist die Temperatur der Röhre
Das
System
Mit
Bezugnahme auf die
Die
Säule
Der
Block
Dämpfe, welche
in den Kaltpunkt eintreten, werden an der Polymerbeschichtung des
Inneren der Säule
Verbindungen
werden von der Säule
Das
System
Der
Ventilofen
Das
System
Der
Prozessor
Zur
Einfachheit der Beschreibung wurde das System
Herkömmliche Gaschromatographiebedingungen dienen als ein Führer, um die besten Säulen und Betriebsparameter auszuwählen. Sobald eine Vorrichtung für die Anwendung verplombt ist, betätigt ein Prozessor die BLITZ-GC. Temperaturprofile und Ventilzeitgabeabfolgen werden gesteuert unter Verwendung einer Tastatur. Gaschromatographiebedingungen können ausgewertet und rasch getestet werden.conventional Gas Chromatography conditions serve as a guide to the best pillars and To select operating parameters. Once a device for the application is sealed, presses on Processor the BLITZ GC. Temperature profiles and valve timing sequences are controlled using a keyboard. GC conditions can evaluated and tested quickly.
In der BLITZ-GC ist der Probeneinführschritt von den Gaschromatographiesäulen isoliert, was es gestattet, dass beide Vorgänge auf maximale Leistung optimiert sind. Proben werden auf einen Kaltpunkt eingeführt, welcher die Probe konzentriert und fokussiert vor einer Einführung der Probe in die Gaschromatographiesäule. Wie oben bemerkt, ist der Kaltpunkt eine kurze Länge entweder von verschmolzener Silica- oder Metallverrohrung, sehr ähnlich herkömmlicher Gaschromatographieverrohrung. Die Verrohrung, welche etwa 10 cm lang ist, weist eine spezielle Metallhülse auf, so dass sie rasch und reproduzierbar gekühlt und geheizt werden kann unter Steuerung eines Prozessors.In the FLASH GC is the sample introduction step of the gas chromatography columns which allows both operations to be optimized for maximum performance are. Samples are introduced to a cold spot which concentrates the sample and focused on an introduction the sample into the gas chromatography column. As noted above, is the cold spot a short length either fused silica or metal tubing, very similar to conventional ones Gaschromatographieverrohrung. The piping, which is about 10 cm long, has a special metal sleeve on it, allowing it to move quickly and cooled reproducibly and can be heated under the control of a processor.
Die Temperatur des Kaltpunkts wird über seine Länge konstant gehalten. Die Rate des Temperaturanstiegs (oder -abfalls) über seine gesamte Länge wird durch den Bediener gesteuert, welcher den Prozessor verwendet. Beinahe jedes Heizprofil (einschließlich einer Erhöhung, einer Flachhaltung und einer Abnahme der Temperatur) kann ausgewählt werden. Der Prozessor updatet und überwacht das Temperaturprofil jede Millisekunde. Heizraten sind sehr schnell, von 4° C pro Sekunde bis 6000° C pro Sekunde.The Temperature of the cold point is over his length kept constant. The rate of temperature rise (or drop) over its entire length becomes controlled by the operator using the processor. Nearly each heating profile (including an increase, a flat attitude and a decrease in temperature) can be selected. The processor updates and monitors the temperature profile every millisecond. Heating rates are very fast, of 4 ° C per second up to 6000 ° C per second.
Eine
Isolierung des Probeneinführvorgangs von
der Gaschromatographiesäule
gestattet eine gleichzeitige und unabhängige Optimierung der Probeneinlassstufe und
der Gaschromatographiesäulen ohne Übersprechen
bzw. Beeinflussung zwischen den zwei Stufen. Die
Die
Kaltpunkte fokussieren die Probe als ein schmales Band für eine sehr
rasche und reproduzierbare Einführung
zu der Gaschromatographiesäule. Für die kleinsten
Peak-Breiten wird der Kaltpunkt in die umgekehrte Richtung desorbiert.
Ein für
diese Anwendung schematischer Strom ist in den
Wie
in
Jede
Gaschromatographiesäule
ist mit einem Metall umhüllt,
welches es erlaubt, rasch und reproduzierbar bei Heizraten bis zu
100° C pro
Sekunde geheizt zu werden. Zusätzlich
zu dem raschen Heizen kann ein rasches Kühlen der Säule als Teil des Temperaturprofils
verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Chromatographie an der
ersten Säule zeitweise
eingefroren werden durch rasches Kühlen der Säule, während die zweite Säule ihr
Hochgeschwindigkeitschromatogramm abschließt. Die erste Säule kann
dann mit einem Rechteckwellenprofil beheizt werden, um ihre vorherige
Temperatur wiederzuerlangen, und es kann ihr dann gestattet werden, mit
ihrem Temperaturprofil fortzufahren. Zusätzlich können verschiedene Teile der
ersten Säule
an einem oder mehreren Kaltpunkten zusammengefasst werden, welche
dann wiederum durch die zweite Säule
analysiert werden können.
Das Blockflussdiagramm für
diese Anordnung ist in
Ein zusätzlicher Vorteil der sehr schnellen Heizraten ist, dass die Gaschromatographiesäule am Ende eines jeden Chromatogramms ausgeheizt werden kann durch Heizen der Gaschromatographiesäule hoch bis zur Maximaltemperatur der Säulenmaterialien. Die Gaschromatographiesäule wird dabei vor der nächsten Analyse gereinigt. Dieses Merkmal gestattet zehntausende von Analysen pro Gaschromatographiesäule ohne Verschlechterung.One additional Advantage of the very fast heating rates is that the gas chromatography column at the end of each chromatogram can be baked by heating the gas chromatography column high up to the maximum temperature of the column materials. The gas chromatography column is doing so before the next Analysis cleaned. This feature allows tens of thousands of analyzes per gas chromatography column without deterioration.
Die
Trägergaszufuhr
Der
Probenextraktor
Der
Probenextraktor
Auf
ein Anregen des Probenextraktors
Im
Allgemeinen kann der Dampfkonzentrator
Wenn
das Trägergas
und die Dampfprobe durch den Konzentrator
Während die
Dampfprobe in dem Konzentrator konzentriert wird, wird ein Trägergas von
der Trägergaszufuhr
Die
Gaschromatographiesäule
Wenn
eine ausreichende Menge an Dampfprobe durch den Konzentrator
Wenn
der Konzentrator
Nach
dem Durchtreten durch die Gaschromatographiesäule tritt der Trägergasstrom,
welcher die beabstandeten Bestandteile enthält, durch das Ventil
In
einigen Fällen
kann der Detektor
Die
Ventile
Das
Ventil
In
Position A, wie in
Nachdem
eine ausreichende Probe durch den Konzentrator
Sobald
das Ventil
Dämpfe, welche
aus der Gaschromatographiesäule
Die
Ventile
Verschiedene
Verbesserungen im Betrieb und der Struktur von Gaschromatographiesystemen sehr
hoher Geschwindigkeit, wie etwa den Systemen, die in den
Die GaschromatographiesäuleThe gas chromatography column
Im
Allgemeinen sollte eine Gaschromatographiesäule, welche rasch aufgeheizt
wird, kontinuierlich sein, und sie sollte nicht irgendwelche Verbindungen,
wie etwa von Röhre-zu-Röhre- oder
von Röhre-zu-Ventil-Verbindungen,
einschließen.
Eine Verbindung tendiert dazu, dass sie eine erhöhte Masse aufweist, welche
sich nicht-gleichmäßig während einer
raschen, dynamischen Aufheizung erwärmt. Diese nicht-gleichmäßige Aufheizung
kann zu Gasleckagen an der Verbindung (ihren, welche schwierig zu finden
sind und wiederum zu einer ungenauen Chromatographie führen können. Leckagen
können
vollständig
vermieden werden durch dynamisches Heizen einer einzelnen Röhre ohne
Verbindungen und, wie oben mit Bezug auf
Wie oben angemerkt, kann die Metallhülse, welche die Gaschromatographiesäule umgibt, als die Gaschromatographiesäule verwendet werden. Um dies zu erreichen, muss das Innere der Metallröhre deaktiviert, passiviert oder anders beschichtet sein, so wie es vorgenommen ist für J&W ProSteel- oder Alltech SilcoSteel-Verrohrung oder für eine mit Glas auskleidete Röhre. Sobald die innere Oberfläche der Metallröhre richtig behandelt worden ist, wird eine stationäre Gaschromatographiephase direkt an der inneren Oberfläche angebracht. Elektrische Verbindungen können direkt mit der Metallröhre so hergestellt werden, dass die Röhre widerstandsgeheizt werden kann. Die Verwendung einer Metallröhre als die Säule bietet einen direkteren Wärmetransfer zu der stationären Phase, da störende Schichten von Luft und anderen Materialien entfernt sind.As noted above, the metal sleeve, which the gas chromatography column surrounds when using the gas chromatographic column. To this To reach, the inside of the metal tube must be deactivated, passivated or otherwise coated as intended for J & W ProSteel or Alltech SilcoSteel piping or for a glass-lined tube. Once the inner surface the metal tube has been treated correctly, becomes a stationary gas chromatography phase directly on the inner surface appropriate. Electrical connections can be made directly with the metal tube like this be that tube can be heated by resistance. The use of a metal tube as the Pillar offers a more direct heat transfer to the stationary one Phase, since disturbing Layers of air and other materials are removed.
Ein Problem, welches mit der Verwendung einer Metallröhre wie etwa einer ProSteel-Röhre oder einer SilcoSteel-Röhre zusammenhängt, ist, dass der Widerstand der Röhre sehr niedrig ist, was zu Schwierigkeiten beim Messen von Änderungen im Widerstand aufgrund von Temperaturänderungen führen kann. Um dieses Problem zu beheben, kann die Außenseite der Metallröhre mit einer dünnen Schicht einer elektrischen Isolation (z.B. Polyamid) beschichtet sein, auf welcher eine dünne Schicht von Metall (z.B. Nickel) beschichtet ist. Die dünne äußere Schicht des Metalls würde zu einer verhältnismäßig großen Änderung im Widerstand mit der Temperatur führen, und der Widerstand der dünnen äußeren Schicht könnte als eine Messgröße der Temperatur der inneren, durch Widerstand geheizten Metallröhre überwacht werden. Die Verwendung einer separaten Metallschicht zum Messen des Widerstands wird auch die Schaltung vereinfachen, welche zur Steuerung des Heizen der Metallröhre verwendet wird.One Problem with using a metal tube like about a ProSteel tube or a SilcoSteel tube related, is that the resistance of the tube is very low, causing difficulty in measuring changes can result in resistance due to temperature changes. To this problem can fix the outside the metal tube with a thin layer an electrical insulation (e.g., polyamide) which is a thin one Layer of metal (e.g., nickel) is coated. The thin outer layer of the metal would to a relatively big change in the resistance with the temperature, and the resistance of the thin outer layer could as a measure of the temperature of the internal, resistively heated metal tube to be monitored. The usage a separate metal layer for measuring the resistance will also simplify the circuit which is used to control the heating of the metal tube is used.
Ein alternativer Ansatz zur Verwendung einer Metallhülse, um die Gaschromatographiesäule zu heizen, welcher kein Teil der vorliegenden Erfindung ist, ist es, die Gaschromatographiesäule mit einem Draht zu umwickeln und den Draht widerstandszuheizen. Dies kann auf verschiedene Arten realisiert werden. Als erstes kann der Draht direkt auf die Gaschromatographiesäule gewickelt werden. Als zweites kann der Draht um eine dünnwandige, nicht-leitende Hülse gewickelt werden, in welcher die Säule positioniert ist, was ein rasches Ersetzen der Gaschromatographiesäule erlauben würde. Als drittes kann der Draht innerhalb einer nicht-leitenden Hülse positioniert werden, welche auch eine Gaschromatographiesäule enthält, was die thermische Barriere zwischen dem Draht und der Gaschromatographiesäule verringern würde.One alternative approach of using a metal shell to heat the gas chromatographic column, which is not part of the present invention is to use the gas chromatographic column with Wrap around a wire and heat the wire. This can be realized in different ways. First, the Wire are wound directly onto the gas chromatography column. Second, you can the wire around a thin-walled, non-conductive sleeve be wrapped, in which the column is positioned, what a would allow rapid replacement of the gas chromatographic column. When third, the wire may be positioned within a non-conductive sleeve which also contains a gas chromatographic column, which is the thermal barrier between the wire and the gas chromatography column.
In einem anderen alternativen Ansatz, welcher kein Teil der vorliegenden Erfindung ist, ist die Säule direkt mit leitendem Metall beschichtet, welches dann durch Widerstand geheizt wird, um die Säule zu heizen. Dies eliminiert den Luftspalt (und die sich ergebende Verzögerung im Wärmeübertrag) zwischen dem beheizten Metall und der Säule. Gaschromatographiesäulen sind vorher direkt mit Metall beschichtet worden, vor allem Aluminium, um den nützlichen Temperaturbereich der Säulen zu erweitern. Obwohl diese Ansätze verfolgt worden sind, um mit Aluminium ausgekleidete Kapillarsäulen widerstandszuheizen, sind diese Ansätze fehlgeschlagen, da Aluminium dazu tendiert zu oxidieren und da die Dicke der Aluminiumbeschichtung nicht ausreichend gleichmäßig über die Länge der Säule war. Beide dieser Bedingungen führten zu „Heißpunkten" und einer nicht-gleichmäßigen Erwärmung der Säule. Die Gleichmäßigkeit der Metallschichtdicke kann erhöht werden durch Aufbringen der Metallschicht direkt auf das geschmolzene Siliziumdioxid der Säule. Eine Oxidation kann vermieden werden durch Beschichtung des Aluminiums mit einer Schicht von Polymer.In another alternative approach, which is not part of the present Invention is the column coated directly with conductive metal, which is then resisted is heated to the column to heat. This eliminates the air gap (and the resulting delay in heat transfer) between the heated metal and the column. gas chromatography columns were previously coated directly with metal, especially aluminum, for the useful Temperature range of the columns to expand. Although these approaches been tracked to resist heating aluminum-lined capillary columns, are these approaches failed because aluminum tends to oxidize and there the thickness the aluminum coating is not sufficiently even over the Length of Pillar was. Both of these conditions resulted to "hot spots" and a non-uniform heating of Pillar. The uniformity the metal layer thickness can be increased by applying the metal layer directly to the molten silica the column. Oxidation can be avoided by coating the aluminum with a layer of polymer.
Heizen und Kühlen der GaschromatographiesäuleHeating and cooling of the gas chromatography column
Der Schlüssel zu einer Hochgeschwindigkeitsgaschromatographie liegt im sehr raschen Heizen und Kühlen der Säule. Zu diesem Zweck müssen die thermische Masse der Säule und die thermische Masse, welche zusammen mit der Säule geheizt werden muss, so klein wie möglich gehalten werden. Zusätzlich zu der oben diskutierten elektrischen Heiztechnik können auch andere Techniken zum Heizen der Gaschromatographiesäulen verwendet werden.Of the key to a high-speed gas chromatography is very fast Heating and cooling the column. For this purpose, the thermal mass of the column and the thermal mass, which is heated together with the column must be as small as possible being held. additionally to the electric heating technology discussed above can also used other techniques for heating the gas chromatography columns become.
Heiztechnikenheating technologies
Eine Technik verwendet Infrarotstrahlung, um die Gaschromatographiesäule zu heizen. Bei dieser Technik wird die Säule mit einem Material beschichtet, welches eine Wellenlänge von infraroter Energie absorbiert, welche durch eine Infrarotquelle emittiert wird. Eine Energie von der Infrarotquelle wird auf die Säule so fokussiert, dass die Säule die Energie absorbiert und durch die absorbierte Energie aufgeheizt wird. Ein Vorteil dieser Technik ist es, dass ein Strahlungswärmeüber trag beinahe unmittelbar (d.h. mit Lichtgeschwindigkeit) erfolgt und dass die einzige Zeitverzögerung, welche mit dieser Technik verbunden ist, aus einem Heizen der Glas- oder Quartzverrohrung der Gaschromatographiesäule herrühren würde, sobald die Energie durch das Beschichtungsmaterial absorbiert worden ist.A Technique uses infrared radiation to heat the gas chromatography column. In this technique, the column becomes coated with a material having a wavelength of absorbed by infrared energy emitted by an infrared source becomes. Energy from the infrared source is focused on the column so that the pillar the energy is absorbed and heated up by the absorbed energy becomes. An advantage of this technique is that a radiant heat transfer occurs almost immediately (i.e., at the speed of light) and that the only time delay, which is associated with this technique, from heating the glass or quartz tubing of the gas chromatographic column would result as soon as the energy passes through the coating material has been absorbed.
Eine andere Technik verwendet Mikrowellenenergie, um die Säule zu heizen. Die Säule wird mit einem Material beschichtet, welches Mikrowellenenergie absorbiert, und wird daraufhin rasch durch Aussetzen mit Mikrowellen von einer Mikrowellenquelle aufgeheizt. Zum Beispiel kann ein dünner Metallfilm an der Außenseite der Glas- oder Quartzverrohrung der Säule platziert sein. Dieser Metallfilm absorbiert die Mikrowellenenergie, um die Säule aufzuheizen. Ein Abkühlen wird erreicht durch Blasen von Luft über die Oberfläche der Säule.A another technique uses microwave energy to heat the column. The pillar is coated with a material containing microwave energy absorbed, and then rapidly by exposure to microwaves heated by a microwave source. For example, a thin metal film may be on the outside be placed in the glass or quartz tubing of the column. This Metal film absorbs the microwave energy to heat the column. One cooling down is achieved by blowing air over the surface of the Pillar.
Funkfrequenzen, wie sie etwa verwendet werden, um Metall zum Schweißen zu erhitzen, können verwendet werden, um die Säule zu erhitzen. Eine Wendel ist um die Säule platziert, und Hochfrequenzfunkenergie wird an die Wendel angelegt. Diese Technik ist extrem schnell und erfordert keine große thermische Masse. Ein Abkühlen wird erreicht durch Blasen von Luft über die Oberfläche der Säule.Radio frequencies, how they are used to heat metal for welding, can used to the pillar to heat. A helix is placed around the pillar and high frequency spark energy is applied to the helix. This technique is extremely fast and does not require a big one thermal mass. A cooling is achieved by blowing air over the surface of the Pillar.
Eine zusätzliche Heiztechnik ist es, Elektronen auf die Oberfläche der Säule so abzufeuern, dass der Einschlag der Elektronen ein rasches Aufheizen bewirkt. Diese Technik würde insbesondere geeignet sein bei Säulen kürzerer Länge.A additional Heating technology is to fire electrons on the surface of the column so that the Impact of the electrons causes rapid heating. This technique would be particularly suitable be with pillars shorter Length.
Ein Laserheizen kann erreicht werden durch Verwendung der Quartzröhre der Säule als ein Lichtpfad, entlang welchem Infrarotenergie von einem Laser transmittiert wird. Beschichtungen innerhalb der Säule werden unmittelbar und rasch aufgeheizt aufgrund der Absorption von einiger der Laserenergie.One Laser heating can be achieved by using the Quartz tube of the Pillar as a light path along which infrared energy from a laser transmits becomes. Coatings within the column become immediate and rapidly heated due to the absorption of some of the laser energy.
Verbrennungswärme kann eingesetzt werden unter Verwendung von Erdgas oder Propanbrennstoffen, um ein rasches Heizen zu erreichen. Die Säule kann durch Anlegen einer Flamme direkt an der Säule aufgeheizt werden oder durch Versehen der Säule mit einer katalytischen Oberfläche. Zum Beispiel kann die Außenseite der Säule mit einem katalytischen Material beschichtet sein, so dass ein Gas oder eine andere reaktive Verbindung, welche über die katalytische Oberfläche strömt, absorbiert wird und zerlegt wird, um Wärme zu erzeugen, welche zu der Säule übertragen wird. Die Säule wird gekühlt durch Abschalten des Stroms von Gas und Leiten von Luft über die Oberfläche der Säule.Heat of combustion can be used using natural gas or propane fuels, to achieve a rapid heating. The column can be replaced by applying a Flame directly at the column be heated or by providing the column with a catalytic Surface. For example, the outside can the column be coated with a catalytic material, so that a gas or another reactive compound which flows over the catalytic surface, absorbed becomes and is decomposed to heat which transmit to the column becomes. The pillar is cooled by Turning off the flow of gas and passing air over the surface the column.
Ein Hochdruckdampf kann verwendet werden, um Wärme rasch zu der Säule zu übertragen. Diese Technik verwendet konzentrische Röhren, bei welchen die äußere Röhre einen Hochdruckdampf enthält und die innere Röhre die Säule enthält (oder ist). Diese Technik würde einen getrennten Erhitzer und ein Drucksystem plus die Rohrleitungen erfordern, welche nötig sind, um den Dampf zu führen.One High pressure steam can be used to rapidly transfer heat to the column. These Technique uses concentric tubes in which the outer tube has a Contains high pressure steam and the inner tube the pillar contains (or is). This technique would a separate heater and a pressure system plus the piping require which needed are to lead the steam.
Kühltechnikencooling techniques
Zusätzlich zum Heizen der Säule während einem Analysezyklus muss das System in der Lage sein, die Säule auf eine gewünschte Gleichgewichtstemperatur zu kühlen, bevor der Analysezyklus initialisiert wird. Die Zeitdauer, welche erforderlich ist, um dieses Kühlen zu erreichen, auf welche als die Erholungszeit Bezug genommen werden kann, sollte kurz sein, um einen großen Probendurchsatz zu bieten. Zusätzlich ist es oft wünschenswert, eine reproduzierbare Starttemperatur zu haben. Falls die Kühltechnik schnell genug ist, kann es ausreichen, die Säule zu kühlen, möglicherweise unter die gewünschte Temperatur, und dann die Temperatur auf die gewünschte Starttemperatur genau vor dem Initialisieren des Analysezyklus anzuheben.In addition to Heating the column during one Analysis cycle, the system must be able to put the column on a desired one To cool equilibrium temperature, before the analysis cycle is initialized. The length of time which is necessary to this cooling which are referred to as the recovery time can, should be short, to provide a large sample throughput. In addition is it is often desirable to have a reproducible starting temperature. If the cooling technology fast enough, it may be sufficient to cool the column, possibly below the desired temperature, and then the temperature to the desired starting temperature exactly before initializing the analysis cycle.
Das Fehlen einer wirksamen Kühltechnik ist ein Hindernis gewesen, um eine wirkliche Hochgeschwindigkeitsgaschromatographie zu erreichen. Insbesondere können es Hochgeschwindigkeitsgaschromatographiesysteme erfordern, Ergebnisse wiederholt in weniger als 5 bis 30 Sekunden zu erhalten. Da die Temperatur der Säule zwischen aufeinanderfolgenden Analysen verringert werden muss, müssen die Kühlmechanismen in der Lage sein, die Säule in wesentlich weniger als der Analysewiederholzeit zu kühlen. Zum Beispiel muss nach einem Ablauf eines temperaturprogrammierten oder Hochtemperaturchromatogramms die Gaschromatographiesäule zu ihrer ursprünglichen, niedrigen (üblicherweise Umgebungs-) Temperatur zurückkehren, bevor die nächste Probe analysiert werden kann. Vorher ist diese Temperaturverringerung erreicht worden durch Blasen von Umgebungsluft oder gekühlter Luft oder anderem Gas (wie etwa Trägergas) über die Gaschromatographiesäule unter Verwendung eines Ventilators oder Gebläses. Jedoch weisen solche Ventilatoren und Gebläse üblicherweise eine Trägheit auf, welche bewirkt, dass sie für ein paar Sekunden leerlaufen, nachdem sie abgeschaltet wurden. Dies hat zu einigen Sekunden Verzögerung vor einer Analyse der nächsten Probe geführt. Wenn Probenraten der Größenordnung von mehreren Proben pro Minute gewünscht sind, kann diese Verzögerung die Rate, bei welcher die Proben verarbeitet werden können, wesentlich verringern.The Lack of effective cooling technology has been a hindrance to a real high-speed gas chromatography to reach. In particular, you can high-speed gas chromatography systems require results repeatedly in less than 5 to 30 seconds to get. Because the Temperature of the column between successive analyzes must be reduced cooling mechanisms to be able to use the pillar to cool in much less than the analysis repetition time. To the Example must be after a temperature programmed or expiration High-temperature chromatogram, the gas chromatography column to her original, low (usually ambient) Return temperature, before the next Sample can be analyzed. Before this temperature reduction achieved by blowing ambient air or cooled air or other gas (such as carrier gas) over the gas chromatography column using a fan or blower. However, such fans have and blowers usually an inertia on which causes them for idle for a few seconds after being turned off. This has a few seconds delay before analyzing the next one Tested. If sample rates of the order of magnitude of several samples per minute are desired, this delay can be the Rate at which the samples can be processed significantly reduce.
Mehrere Techniken sind verwendet worden, um die Gaschromatographiesäulen mit ausreichenden Raten zu kühlen. Allgemein schließen diese Techniken entweder ein Blasen von verhältnismäßig kalter Luft über die Säule ein oder ein thermisches Koppeln der Säule an ein anderes Element, welches entweder kalt ist, um damit zu beginnen, oder welches sehr rasch gekühlt werden kann.Several Techniques have been used to control the gas chromatographic columns sufficient rates to cool. General close these techniques either blow relatively cold air over the air Column or thermal coupling of the column to another element, which is either cold to start, or which is very cooled quickly can be.
Eine
Technik verwendet flüssigen
Stickstoff als Kühlmechanismus.
Flüssiger
Stickstoff ist deutlich kälter
als Umgebungsluft, was zu einer sehr großen Temperaturdifferenz und
zu einer extrem raschen Kühlung
führt.
Flüssiger
Stickstoff kann verwendet werden durch Blasen des sehr kalten Stickstoffs,
wobei die Flüssigkeit über der
zu kühlenden Säule verdampft,
und Verwenden einfacher Klappen, um den Strom von kaltem Stickstoff
an- oder auszuschalten. Flüssiger
Stickstoff kann auch verwendet werden durch Pumpen des flüssigen Stickstoffs durch
einen kalten Block ähnlich
dem Aluminiumblock, welcher oben bezüglich
Eine andere Technik bezieht sich auf adiabatisches Kühlen, was das Kühlen eines Gases ist, welches von einer Expansion des Gases herrührt. Adiabatisches Kühlen kann erreicht werden, indem eine Gasflasche oder ein Kompressor und komprimierte Luft verwendet werden und es dem komprimierten Gas erlaubt wird, in gesteuerter Art und Weise zu expandieren.A other technique refers to adiabatic cooling, which is the cooling of a Gas is, which results from an expansion of the gas. adiabatic Cool Can be achieved by using a gas cylinder or a compressor and compressed air and compressed gas is allowed to expand in a controlled manner.
Wie
oben mit Bezug auf
Eine Technik zum Verwenden von Peltier-Kühlern, um eine Gaschromatographiesäule zu kühlen, ist es, Strahlungsrippen in einem isolierten Ofen einzusetzen, welcher die Gaschromatographiesäule enthält. Diese Rippen werden dann unter Verwendung von Peltier-Kühlern gekühlt. Wenn ein Kühlen der Säule gewünscht ist, wird ein Umwälzventilator aktiviert, um die Säule der Luft auszusetzen, welche durch die Peltier-Kühler gekühlt ist. Der Umwälzventilator wird ausgeschaltet, wenn die Säule aufgeheizt wird.A Technology for using Peltier coolers to cool a gas chromatographic column is to use radiation fins in an insulated oven, which the gas chromatography column contains. These ribs are then cooled using Peltier coolers. If a cooling the column required is, becomes a circulating fan activated to the column exposed to the air, which is cooled by the Peltier cooler. The circulating fan will turn off when the pillar is heated.
Die Kühlrate für eine gegebene Analyse kann bestimmt werden basierend auf der Kühlkapazität des Kühlblocks (d.h. der Kühlkapazität der Peltier-Kühler) und der Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlblock und der zu kühlenden Säule. Demzufolge ist die Anzahl an Proben, welche in einer gegebenen Menge an Zeit analysiert werden können, direkt proportional zur Kühlkapazität der Peltier-Kühler. Ähnliche Ergebnisse können erreicht werden unter Verwendung eines Standardkühlsystems mit einem Freon-Typ-Kältemittel. Jedoch sind Peltier-Kühler einfacher und tendenziell zuverlässiger. Diese Arten von Kühlsystemen sind am wirksamsten, wenn die Säule oder ein Dampfkonzentrator auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur gekühlt werden müssen.The cooling rate for one The given analysis can be determined based on the cooling capacity of the cooling block (i.e., the cooling capacity of the Peltier coolers) and the temperature difference between the cooling block and to be cooled Pillar. As a result, the number of samples that are in a given amount can be analyzed in time, directly proportional to the cooling capacity of the Peltier cooler. Similar Results can can be achieved using a standard refrigeration system with a freon-type refrigerant. However, Peltier coolers are easier and tends to be more reliable. These types of cooling systems are most effective when the column or a vapor concentrator to a temperature below the ambient temperature chilled Need to become.
Auch Wasser kann als Kältemittel verwendet werden, und es kann mit Frostschutz kombiniert werden, wenn ein Kühlen unter die Gefriertemperatur des Wassers gewünscht ist. Zum Beispiel können Wasser oder eine Frostschutzlösung gekühlt werden unter Verwendung eines Kühlsystems und dann durch oder um die zu kühlenden Komponenten gepumpt werden.Also Water can be used as a refrigerant can be used, and it can be combined with antifreeze, if a chill below the freezing temperature of the water is desired. For example, water can or an antifreeze solution chilled be using a cooling system and then through or around the one to be cooled Components are pumped.
Wenn
Umgebungstemperaturen oder Temperaturen leicht über einer Umgebung gewünscht sind,
kann Luftkonvektion verwendet werden, um die Säule zu kühlen. Zum Beispiel wird eine
Luftkonvektionstechnik oben mit Bezug auf
Temperaturmessung und -steuerungTemperature measurement and control
Ungeachtet
der Techniken, welche zum Heizen oder Kühlen der Gaschromatographiesäule verwendet
werden, muss das System in der Lage sein, die Temperatur der Gaschromatographiesäule genau,
präzise
und rasch für
eine wirksame Hochgeschwindigkeitsanalyse der Proben zu messen und
zu steuern. Wie in
Die
Temperatur der Gaschromatographiesäule kann durch Steuern des
elektrischen Stroms verändert
werden, welcher an die Widerstandsröhre der Säule angelegt wird. In vorangegangenen
Gaschromatographiesystemen, beispielhaft durch
Bezugnehmend
auf
Das
Profil der
Die
Funktionen des Systems und seiner Software sind in dem Flussdiagramm
der
Der
Prozessor
Der
Prozessor steuert die Temperatur in aufeinanderfolgenden Steuerintervallen
oder -zyklen. Der Prozessor initialisiert das Gaschromatographietemperaturprofil
auf eine Injektion der Probe in die Gaschromatographiesäule von
dem Dampfkonzentrator hin, wie oben diskutiert (Schritt
Falls
der gemessene Widerstand geringer ist als der gewünschte Wert
(Schritt
Wie
in dem Zeitgabediagramm der
Die Dauer der Heizstufe und des Steuerintervalls werden ausgewählt basierend auf der Wärmekapazität der Gaschromatographiesäule und der gewünschten Genauigkeit der Temperatursteuerung. Illustrativ darf, falls eine Temperatursteuerungsgenauigkeit von 0,1° C gewünscht ist, sich dann die Temperatur der Gaschromatographiesäule um nicht mehr als 0,1° C in irgendeinem einzelnen Steuerzyklus erhöhen, da die Temperaturmessungen nur einmal in jedem Steuerzyklus durchgeführt werden. Somit muss in diesem Beispiel, falls die Heizspannung in der Lage ist, die Temperatur der Gaschromatographiesäule bei einer Maximalrate von 20° C pro Sekunde anzuheben, dann die Dauer der Heizleistung auf eine feste Dauer von 5 Millisekunden oder weniger begrenzt werden. Während der verbleibenden Zeit des Steuerintervalls wird keine Spannung an die Säule angelegt. Demgemäß wird diese Stufe des Steuerintervalls als eine Wartestufe III bezeichnet.The Duration of heating level and control interval are selected based on the heat capacity of the gas chromatography column and the desired Accuracy of temperature control. Illustrativ may, if one Temperature control accuracy of 0.1 ° C is desired, then the temperature the gas chromatography column not more than 0.1 ° C in any single control cycle, since the temperature measurements be performed only once in each control cycle. Thus, in this Example, if the heating voltage is capable of the temperature the gas chromatography column at a maximum rate of 20 ° C per second, then the duration of the heating power to one fixed duration of 5 milliseconds or less. During the remaining time of the control interval no voltage is applied to the column. Accordingly, this will Stage of the control interval referred to as a waiting stage III.
Für eine typische, sechs Meter lange Gaschromatographiesäule liegt der Widerstand bei Umgebungstemperatur bei etwa 12,8 Ohm. Eine Heizspannung von 90 Volt wird eine Temperaturerhöhung von über 10° C pro Sekunde erzeugen. Demgemäß wird ein Anlegen der Heizspannung von 90 Volt für eine Millisekunde eine Temperaturerhöhung von ungefähr 0,01° C herbeiführen. Im Fall des Dampfkonzentrators beträgt ein typischer Startwiderstand 0,50 Ohm, und eine Heizspannung von 24 Volt wird eine Temperaturerhöhung von 4° C in einer Millisekunde erzeugen.For a typical, six meters long gas chromatography column is the resistance at Ambient temperature at about 12.8 ohms. A heating voltage of 90 Volt becomes a temperature increase of over 10 ° C per second produce. Accordingly, a Applying the heating voltage of 90 volts for a millisecond a temperature increase of approximately 0.01 ° C cause. In the case of the steam concentrator is a typical starting resistance 0.50 ohms, and a heating voltage of 24 volts will cause a temperature increase of 4 ° C in one millisecond.
Durch
Verwendung eines kurzen Steuerintervalls ist der Prozessor
Wie
in
Ein
Analog-zu-digital-Konverter (ADC)
Der
Prozessor vergleicht den Widerstandswert, vorgesehen durch den ADC
Das
Steuerschema kann weiter verfeinert werden, um eine feinere Steuerung
der Temperatur zuzulassen. Das Verfahren der
In
diesen Techniken wird die Heizleistung variiert gemäß der Größe des Fehlersignals,
d.h. dem Unterschied zwischen der eigentlichen Temperatur und der
gewünschten
Temperatur. Dies kann erreicht werden durch Variieren entweder der
Heizspannung, wie es im
Wie
in
Auf
diese Art und Weise wird die Temperatur der Säule wiederholt gemessen, und
die Leistung wird wie notwendig dem System zugeführt, um dem gewünschten
Temperaturprofil eng zu folgen, so wie in
Der oben beschriebene Ansatz gestattet ein einfaches Ersetzen einer Säule durch eine andere, ohne eine Rekalibrierung erforderlich zu machen, und er berücksichtigt automatisch jeglichen Unterschied im Widerstand der Säulenhülse, welchen die Ersatzsäule aufweisen kann. Wenn eine Messung bei Basis- (z.B. Umgebungs-)Bedingungen für die ersetzte Säule bestimmt, dass sich R0 für die Basistemperatur geändert hat, berechnet der Prozessor jeden der Widerstandswerte, gespeichert in seinem Speicher, neu, um eine neue modifizierte Widerstandstabelle für das System abzuleiten zum Folgen für die ersetzte Säule. Dies kann einfach erreicht werden, da jeder R-Wert in der gespeicherten Tabelle eingestellt werden sollte um die gleiche Menge in Antwort auf eine Änderung in R0, um das gleiche Profil zu behalten.The approach described above allows one column to be easily replaced by another without requiring recalibration and automatically accounts for any difference in column column resistance that the replacement column may have. If a measurement at base (eg, ambient) conditions for the replaced column determines that R 0 has changed for the base temperature, the processor recalculates each of the resistance values stored in its memory to a new modified resistance table for the system to deduce to follow for the replaced column. This can be easily achieved because each R value in the stored table should be adjusted by the same amount in response to a change in R 0 to keep the same profile.
Durch diese Anordnung ist es nicht länger notwendig, das System auf ein Ersetzen einer Säule durch eine neue Säule hin, welche eine unterschiedliche Länge oder Basiswiderstand aufweisen kann, zu rekalibrieren. Der Basiswiderstand der Ersatzsäule wird automatisch bestimmt, und die Tabelle des gewünschten Widerstands bei jedem Steuerintervallaugenblick wird für die neuen gespeicherten Säulenwiderstandswerte neu berechnet durch Verringerung eines jeden Widerstandswerts um die Differenz zwischen den vorhergehenden und den neuen Basiswiderständen, ohne eine andere Rekalibrierung erforderlich zu machen.By this arrangement is no longer necessary the system indicates replacement of a column with a new column, which a different length or base resistance may recalibrate. The basic resistance the replacement pillar is determined automatically, and the table of the desired Resistance at each control interval instant will be for the new ones stored column resistance values recalculated by reducing each resistance value by the difference between the previous and the new base resistances, without to require a different recalibration.
Dem gewünschten Temperaturprofil wird dann für die neue Säule während der Steuerintervalle eng gefolgt, wie oben beschrieben. Somit kann die Säule als ein einfach ersetzbares Modul strukturiert sein, wenn gewünscht, ohne eine manuelle Rekalibrierung auf einen Austausch hin erforderlich zu machen.the desired Temperature profile is then for the new pillar while the control intervals closely followed, as described above. Thus, can the pillar be structured as an easily replaceable module, if desired, without manual recalibration is required after replacement close.
Die Gaschromatographiesäule kann es erfordern, auf unterschiedliche Temperaturen geheizt zu werden und rasch von einer Temperatur auf eine andere überzugehen. Eine Temperatursteuerung kann erfordern, dass sie über weite Temperaturbereiche hoch präzise ist.The gas chromatography column may require heating to different temperatures to move quickly from one temperature to another. Temperature control may require it to be highly accurate over wide temperature ranges.
Wie oben diskutiert, ist eine Technik zum Messen der Temperatur der Gaschromatographiesäule, den elektrischen Widerstand einer Metallhülse zu messen, welche die Säule umgibt, wenn der Strom, welcher zum Heizen der Säule verwendet wird, nicht angelegt ist. Eine bekannte Beziehung zwischen dem Widerstand und der Temperatur kann eine Temperaturmessung mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 0,5° C und einer absoluten Genauigkeit von ±2° C innerhalb eines weiten Temperaturbereichs von 25° C bis 400° C gestatten. Diese Widerstandsmessungstechnik kann gut arbeiten, wenn ein Steuerzyklus in einen Messabschnitt unterteilt ist, in welchem die Temperatur gemessen wird, und einen Heizabschnitt, in welchem die Metallhülse durch Anlegen eines elektrischen Stroms geheizt wird. Ein MOSFET-Transistor oder ein ähnliches Steuerelement kann verwendet werden, so dass eine Heizenergie nicht während dem Messabschnitt des Zyklus verbraucht wird. Dieses Verfahren erleichtert die Gestaltung von ökonomischen, kompakten und einfachen Systemen zum Steuern, Messen und raschen Ändern der Temperatur einer Gaschromatographiesäule oder eines Dampfkonzentrators.As discussed above, is a technique for measuring the temperature of Gas chromatography column, measure the electrical resistance of a metal sleeve surrounding the column, when the power used to heat the column is not applied is. A known relationship between resistance and temperature can be a temperature measurement with an accuracy of the order of magnitude of 0.5 ° C and an absolute accuracy of ± 2 ° C over a wide temperature range from 25 ° C up to 400 ° C allow. This resistance measurement technique can work well if a control cycle is divided into a measuring section, in which the temperature is measured, and a heating section in which through the metal sleeve Applying an electric current is heated. A MOSFET transistor or a similar control Can be used so that a heating energy is not during the Measuring section of the cycle is consumed. This procedure facilitates the Design of economic, compact and simple systems for controlling, measuring and rapidly changing the Temperature of a gas chromatography column or a vapor concentrator.
Andere Techniken können auch verwendet werden, um die Hülsentemperatur zu messen. Zum Beispiel kann die Temperatur gemessen werden unter Verwendung eines Strahlungspyrometers oder eines verteilten Thermoelements. Ein verteiltes Thermoelement verwendet koaxiale Drähte, welche aus unterschiedlichen Metal len hergestellt sind und welche die Gaschromatographiesäule umgeben. Unterschiedliche Kombinationen von Materialien in den verteilten Temperatursensoren können empfindlichere und genauere Sensoren für bestimmte Temperaturbereiche bieten. Pyrometer bieten elektrische und thermische Isolation.Other Techniques can also used to change the tube temperature to eat. For example, the temperature can be measured below Use of a radiation pyrometer or a distributed thermocouple. A distributed thermocouple uses coaxial wires, which are made of different metal len and which surround the gas chromatography column. Different combinations of materials in the distributed Temperature sensors can more sensitive and accurate sensors for specific temperature ranges Offer. Pyrometers provide electrical and thermal insulation.
Techniken zum Vorsehen einer kontrollierten Heizung der Säule schließen ein die Anlegung von breitenmodulierten Impulsen von Energie an die Säule und eine AN/AUS-Steuerung der Anlegung von Heizenergie mit kurzen Temperaturmessintervallen, bis zu 98 % Arbeitszyklen ermöglichend. Ein rasches Umschalten zwischen einer Messung und einer Steuerung ermöglicht es dem System, ein hochgenaues Temperaturprofil zu erreichen durch Verringerung der Zeitdauer des Steuerzyklus, welcher so kurz wie 100 Mikrosekunden sein kann.techniques for providing a controlled heating of the column include the application of width modulated Pulses of energy to the column and an ON / OFF control of the application of heating energy with short Temperature measuring intervals, enabling up to 98% working cycles. A quick switch between a measurement and a controller allows It allows the system to achieve a high-precision temperature profile Reducing the duration of the control cycle, which is as short as 100 microseconds can be.
Eine
Anordnung zum Heizen und Kühlen
einer Gaschromatographiesäule
Die
Säule
Der
Dämpfer
Eine ähnliche
Anordnung kann verwendet werden, um die Temperatur eines Dampfkonzentrators
In einigen Anordnungen kann ein gemeinsames Gehäuse für die Gaschromatographiesäule und den Konzentrator oder die Konzentratoren verwendet werden, so dass ein einzelnes Gebläse und Dämpfersteuerungsanordnung dazu dient, sowohl die Gaschromatographiesäule als auch den Konzentrator zu kühlen. Falls ein einzelnes Gebläse verwendet wird, können individuelle Dämpfer für jede Vorrichtung vorgesehen sein, so dass die Vorrichtungen unabhängig zu unterschiedlichen Zeiten gekühlt werden können, wobei einige Vorrichtungen geheizt werden, während andere gekühlt werden. Alternativ können individuelle Gehäuse und Dämpfer verwendet werden, um die Luft für die individuellen Konzentratoren zu steuern.In In some arrangements, a common housing for the gas chromatography column and the Concentrator or concentrators are used, so that one single fan and damper control assembly this serves both the gas chromatography column and the concentrator to cool. If a single blower is used individual dampers for every Device be provided so that the devices independently too Chilled at different times can be, where Some devices are heated while others are cooled. Alternatively you can individual housing and dampers used to air for to control the individual concentrators.
Für einige
Anwendungen, wie etwa ein Detektieren von permanenten Gasen und
leichten Kohlenwasserstoffen, ist es wünschenswert, die Gaschromatographiesäule
Temperaturgradiententemperature gradients
Die
ringförmige
Geometrie erleichtert ein rasches Abkühlen. Diese Geometrie ist auch
verhältnismäßig kompakt,
was ein Vorteil für
das Packungsdesign eines Instruments ist, welches die Säule
Der
Temperaturgradient tritt aufgrund konvektiver Luftströme auf,
welche zu einem sogenannten Kamineffekt führen. Dies ist eine Asymmetrie
zwischen den untersten Windungen der Helix
Es
sei angemerkt, dass die zwei untersten Wendeln
Ein anderes Problem, welches mit vertikalen thermischen Gradienten im Zusammenhang steht, ist, dass aufgrund der Temperaturunterschiede, welche von dem thermischen Gradienten herrühren, die oberen Wendeln einen höheren Widerstand aufweisen als die unteren Wendeln und konsequenterweise mit einer höheren Rate heizen als der Rate, mit welcher die unteren Wendeln heizen.One Another problem with vertical thermal gradients in the Context, is that due to temperature differences, which result from the thermal gradient, the upper coils one higher Have resistance as the lower coils and consequently with a higher one Heat rate as the rate at which the lower coils heat.
Die Verwendung eines Ventilators, wie oben diskutiert, eliminiert oder verringert den vertikalen thermischen Gradienten durch Bringen der Säule dazu, dass sie thermisch homogen ist. Eine andere Technik, um den thermischen Gradienten zu eliminieren oder zu verringern ist es, die gesamte Länge der Säule zu isolieren.The Using a fan, as discussed above, eliminated or reduces the vertical thermal gradient by bringing the Pillar to that it is thermally homogeneous. Another technique to the thermal Eliminating or reducing gradients is the entire process Insulate the length of the column.
Ein Weg zum Isolieren der Länge der Säule ist es, die Säule über einen großen Bereich zu strecken und große Abstände zwischen allen Teilen der Säule zu lassen. Dies verhindert ein thermisches Übersprechen zwischen unterschiedlichen Teilen der Säule. Das Problem mit dieser Technik liegt darin, dass sie beachtlichen Raum erfordern würde und aus diesem Grund unpraktikabel sein kann.One Way to isolate the length the column is it, the pillar over one huge Range to stretch and big distances between all parts of the column allow. This prevents thermal crosstalk between different ones Split the pillar. The problem with this technique is that it is remarkable Would require space and for that reason can be impractical.
Ein anderer Weg des Isolierens der Länge der Säule ist es, die Säule in einem Vakuum zu platzieren. Dies würde einen Wärmetransfer aufgrund von Konvektion eliminieren. Jedoch können beträchtliche Schwierigkeiten verbunden sein mit einer Abdichtung des Systems und einer Kühlung der Säule nach einer jeden Analyse.One another way of isolating the length of the Pillar is it, the pillar to place in a vacuum. This would cause heat transfer due to convection eliminate. However, you can considerable Difficulties associated with sealing the system and a cooling according to the column every analysis.
Ein anderer Weg, um die Säule zu isolieren, ist es, die Säule in einer thermisch isolierenden Hülle zu platzieren. Zum Beispiel könnte die Hülle hergestellt sein aus Glasfaser, einem Polymer ähnlich zu Teflon oder irgendeinem anderen Beschichtungsmaterial, welches eine thermische Isolierung vorsieht und welches nicht als Ergebnis der hohen Temperaturen kaputtgeht, auf welche die Säule geheizt wird. Mit einer isolierenden Umhüllung würde jeder Abschnitt der Säule unabhängig von dem anderen Abschnitt geheizt werden. Ein anderer Vorteil dieser Technik würde einen verringerten Wärmeverlust beinhalten und eine sich daraus ergebende Verringerung im Energieverbrauch. Falls eine röhrenförmige Isolation verwendet würde anstelle des Platzieren der Säule in einer Metallhülse, könnte die Säule parallel mit einem Heizdraht verlaufen, platziert in der isolierenden Röhre. Im Allgemeinen würde der Heizdraht einen höheren Widerstand aufweisen als die Metallhülse, und aus diesem Grund würde er einfacher zu steuern sein. Ein Problem, das mit einer thermischen Isolierung der Säule und des Heizelements verbunden ist, liegt in einem sich ergebenden Anstieg in der Zeit, welche erforderlich ist, um die Säule zu kühlen. Ein anderes Problem würde eine Unfähigkeit sein, die Abweichung der Temperatur der Säule umzukehren, wenn die Temperatur als Rampe geführt wird bzw. hochläuft.One another way to the pillar It is the pillar that isolates it to place in a thermally insulating sheath. For example could the case made of glass fiber, a polymer similar to Teflon or any other coating material, which is a thermal insulation and which does not break as a result of the high temperatures, on which the pillar is heated. With an insulating sheath, each section of the column would be independent of the other section to be heated. Another advantage of this technique would one reduced heat loss and a consequent reduction in energy consumption. If a tubular insulation would be used instead of placing the column in a metal sleeve, could the pillar run parallel with a heating wire, placed in the insulating Tube. In general, that would the heating wire a higher Resistance than the metal sleeve, and for that reason it would be easier to be controlled. A problem with thermal insulation the column and the heating element is in a resulting Increase in the time required to cool the column. One other problem would to be an inability to reverse the deviation of the temperature of the column when the temperature as a ramp is led or starts up.
Wie
oben angemerkt, kann die Temperatur der Säule homogen gemacht werden
durch Verwendung eines Ventilators, um die Luft in der Innenseite des
Raums
In einigen Fällen sind thermische Gradienten entlang der Länge der Gaschromatographiesäule wünschenswert. Insbesondere können höher aufgelöste Gaschromatographietrennungen erreicht werden durch Vorsehen einer sich verändernden Temperatur entlang der Länge der Säule. Zum Beispiel kann eine sich kontinuierlich verändernde Temperatur, beginnend bei einer hohen Temperatur an dem Injektionsende der Säule und endend bei einer niedrigeren Temperatur am Detektionsende der Säule, nützlich sein beim Verbessern der Auflösung von bestimmten Proben. Techniken zum Erzielen von Temperaturveränderungen entlang einer Gaschromatographiesäule werden unten beschrieben.In some cases Thermal gradients along the length of the gas chromatographic column are desirable. In particular, you can higher resolution gas chromatographic separations can be achieved by providing a changing temperature along the length the column. For example, a continuously changing temperature can begin at a high temperature at the injection end of the column and ending at a lower temperature at the detection end of the column while improving the resolution from certain samples. Techniques for achieving temperature changes along a gas chromatographic column are described below.
In
einer ersten Technik, wie in
In
einer zweiten Technik, wie in
Das Temperaturprofil kann zugeschnitten werden durch Einstellung der Rate, mit welcher sich die Querschnittsfläche entlang der Säule ändert. Zum Beispiel würde eine lineare Änderung, welche zu einer konischen Säule führt, zu einem Temperaturprofil in Abhängigkeit eines Wurzelgesetzes führen. Ein gewünschter Grad einer Änderung entlang der Länge kann erreicht werden durch Steuerung der Änderung im Querschnitt entlang der Länge. Die Betriebstemperatur an jeglichem Punkt, jedoch nicht das Profil, kann geändert werden durch Einstellen des elektrischen Stroms, welcher zu der Säule zugeführt wird.The Temperature profile can be tailored by adjusting the Rate at which the cross-sectional area changes along the column. To the Example would a linear change, which to a conical column leads, depending on a temperature profile of a root law. One desired Degree of change along the length can be achieved by controlling the change in the cross section along the length. The operating temperature at any point, but not the profile, can be changed are adjusted by adjusting the electrical current which is to Column is supplied.
In
einer dritten Technik, wie in
In
einer vierten Technik, wie dargestellt in
In
einer fünften
Technik, wie dargestellt in
In
einer sechsten Technik, wie dargestellt in
Flusssteuerungflow control
Eine andere wichtige Überlegung ist eine Fluss- bzw. Strömungssteuerung innerhalb des Systems. In einem Chromatographiesystem hat die relative Stabilität des Flusses eines Trägergases zwischen Analysen einen wesentlichen Einfluss darauf, ob die durch das System erzeugten Ergebnisse reproduzierbar sind. Demgemäß muss ein Gaschromatographiesystem in der Lage sein, den Fluss von Trägergas konsistent bzw. gleichmäßig zu steuern. Darüber hinaus erfordern einige Analysen Veränderungen im Fluss des Trägergases. Für diese Analysen muss das System in der Lage sein, gleichbleibend variable Flüsse zu bilden.A other important consideration is a flow control within the system. In a chromatographic system, the relative stability the flow of a carrier gas between analyzes a significant influence on whether the by the system generated results are reproducible. Accordingly, a must Gas chromatography system to be able to consistent the flow of carrier gas or to control evenly. About that In addition, some analyzes require changes in the flow of the carrier gas. For this Analyzes, the system must be capable of consistently variable rivers to build.
Eine Flusssteuerung kann insbesondere während einer Temperaturprogrammierung wichtig sein. Da sich die Dichte des Trägergases als eine Funktion der Temperatur ändert, wird sich der Fluss durch einen bestimmten Flussbegrenzer kontinuierlich mit den sich ändernden Temperaturen ändern, welche mit einer Temperaturprogrammierung verbunden sind. Das System kann eine weitere Dimension der Steuerung hinzufügen durch Vorsehen der Fähigkeit, den Trägergasfluss zu steuern und zu variieren. Der Fluss kann gesteuert werden unter Verwendung einer Massenflusssteuervorrichtung. Ein weniger teures Verfahren ist es, eine Reihe von Flussbegrenzern, wie etwa Kapillaren oder ähnliche Vorrichtungen, und eine Reihe von zugeordneten Magnetventilen zu verwenden, welche eine selektive Aktivierung unterschiedlicher Flussbegrenzer oder Kombinationen davon erlauben, um den Fluss durch das System zu variieren.Flow control may be particularly important during temperature programming. As the density of the carrier gas changes as a function of temperature, the flow through a particular flow restrictor will continuously change with the changing temperatures associated with temperature programming. The system may add another dimension to the controller by providing the ability to control and vary the carrier gas flow. The flow can be controlled using a mass flow controller. A less expensive method is to use a series of flow restrictors, such as capillaries or similar devices, and a number of associated ones To use solenoid valves, which allow selective activation of different flow restrictors or combinations thereof, to vary the flow through the system.
Andere Flusssteuerungspunkte sind auch relevant. Zum Beispiel, wie oben erwähnt, ist herausgefunden worden, dass ein Rückspülen der Dampfkonzentratoren (d.h. eine Umkehrung des Stroms durch die Dampfkondensatoren vor einem Desorbieren von Verunreinigungen von den Dampfkonzentratoren) zu einer rascheren Chromatographie führt. Die Verwendung von rückgespülten Dampfkonzentratoren gestattet auch die Verwendung von gestapelten Dampfkonzentratoren (d.h.Other Flow control points are also relevant. For example, as above mentioned, has been found to be a backwash of the steam concentrators (i.e., a reversal of the current through the steam condensers desorbing contaminants from the vapor concentrators) leads to a more rapid chromatography. The use of backwashed steam concentrators also allows the use of stacked steam concentrators (I.e.,
Dampfkonzentratoren, welche in Reihe angeordnet sind) mit einem ersten Dampfkonzentrator, welcher für Materialien optimiert ist, welche eine verhältnismäßig niedrige Flüchtigkeit aufweisen, und dem zweiten Dampfkonzentrator, welcher für Materialien optimiert ist, welche eine hohe Flüchtigkeit aufweisen.Dampfkonzentratoren, which are arranged in series) with a first Dampfkonzentrator, which for materials which is a relatively low volatility and the second vapor concentrator used for materials is optimized, which have a high volatility.
Schallwellen können verwendet werden, um die Ströme durch das System zu messen. Falls ein Schalltransmitter, welcher an einem Ende einer Röhre positioniert ist, einen Schall erzeugt, welcher durch einen Schallempfänger am anderen Ende der Röhre erfasst wird, wird der durch den Empfänger empfangene Schall die gleiche Frequenz haben wie der Schall, welcher durch den Transmitter erzeugt wird, wenn kein Gasfluss durch die Röhre vorliegt. Wenn dort ein Gasfluss vorliegt, dann wird die empfangene Frequenz von der übertragenen Frequenz abweichen als eine Funktion des Gasflusses und anderer einfach zu messender Faktoren. Dieser Effekt könnte verwendet werden, um den Gasstrom innerhalb der Gaschromatographiesäule zu messen. Man beachte, dass die Frequenz, welche verwendet wird, so zu sein hat, dass die entsprechende Wellenlänge klein ist im Vergleich zu dem Durchmesser der Säule.sound waves can be used to the currents through the system. If a sound transmitter, which at one end of a tube is positioned, a sound generated by a sound receiver at captured the other end of the tube will be, by the recipient received sound have the same frequency as the sound, which is generated by the transmitter, if no gas flow through the Tube is present. If there is a gas flow, then the received frequency from the transferred Frequency differ as a function of gas flow and other easy factors to be measured. This effect could be used to Gas flow to be measured within the gas chromatography column. Note that the frequency that is used has to be that the corresponding one wavelength is small compared to the diameter of the column.
Der ProbenextraktorThe sample extractor
Eine Probe kann erhalten werden durch Wischoberflächen, von denen geglaubt wird, dass sie Probenmaterial enthalten, oder durch Blasen von Luft auf solche Oberflächen, um Substanzen, welche analysiert werden sollen, zu lösen, und daraufhin Sammeln einer Probe für eine Untersuchung von dem Objekt, welches verwendet wurde, um die Oberfläche abzuwischen, oder von der Blasluft. Jedoch können solche Verfahren nicht geeignet sein für eine empfindliche Untersuchung von granularen oder Partikelmaterialien, welche tragen oder beschichtet sind mit ungewünschten Substanzen. Zum Beispiel kann die Wischtechnik ungeeignet sein für die Erfassung von Pestiziden auf Weizenkörnen oder anderem Getreide.A Sample can be obtained by wiping surfaces believed to be that they contain sample material, or by blowing air such surfaces, to solve substances to be analyzed, and collecting a sample for an investigation of the object that was used to the surface to wipe off, or from the blowing air. However, such methods can not being appropriate for a sensitive study of granular or particulate materials, which wear or are coated with unwanted substances. For example the wiping technique may be unsuitable for the detection of pesticides on wheat grains or other crops.
Ähnlich erforderten frühere Lösungsmittelextraktionstechniken typischerweise mehrere Stunden, um eine Probe zu erhalten, und sie erforderten auch eine teure Entsorgung von Abfalllösungsmitteln. Der Extraktor der vorliegenden Erfindung ist insbesondere angepasst, um Verunreinigungen, wie etwa Pestizide, welche granulare Produkte, wie etwa Weizenkörner oder anderes Getreide oder granulare Materialien, mit einer Schicht umgeben, zu extrahieren.Similarly required earlier Solvent extraction techniques typically several hours to get a sample and they also required an expensive disposal of waste solvents. The extractor of the present invention is particularly adapted contaminants, such as pesticides, which are granular products, like wheat grains or other crops or granular materials, with one layer surrounded, extract.
Das
Extraktormodul schließt
ein trichter- bzw. schlotförmiges
Gehäuse
Der
Trichter
Flüchtige Komponenten,
welche sich als Schicht befinden auf oder enthalten sind in dem
Probenmaterial
Der DetektorThe detector
In einem herkömmlichen Gaschromatographiesystem spielt das Volumen des Detektors eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Empfindlichkeit und Auflösung der Analyse. Standarddetektoren können Gaschromatographie-Peaks erfassen, welche ungefähr 0,5 Sekunden breit oder breiter sind. Jedoch erzeugen Hochgeschwindigkeitsgaschromatographiesysteme, wie etwa das System der Erfindung, Peaks, welche weniger als 0,1 Sekunden breit sind. Falls zwei angrenzende Peaks, von denen jeder 0,1 Sekunden breit ist und welche um 0,2 Sekunden getrennt sind (Auflösung = 2), durch einen herkömmlichen Detektor detektiert würden, würden die Peaks beide die Detektorzelle zur gleichen Zeit belegen, und die Auflösung wäre beeinträchtigt.In a conventional one Gas chromatography system, the volume of the detector plays an important Role in determining the sensitivity and resolution of Analysis. Standard detectors can Detect gas chromatographic peaks which are about 0.5 second wide or are wider. However, high-speed gas chromatography systems, such as the system of the invention, peaks less than 0.1 Seconds are wide. If two adjacent peaks, each of which is 0.1 Seconds wide and which are separated by 0.2 seconds (resolution = 2), by a conventional Detector would be detected, would the peaks both occupy the detector cell at the same time, and the resolution would be impaired.
Das wirksame Volumen eines Detektors kann verringert werden (und die Auflösung kann erhöht werden) durch Betreiben des Detektors unter Vakuum. Zum Beispiel, wenn ein Flammenionisationsdetektor unter Vakuum betrieben wird, wird sich die Wasserstoffflame verlängern, und die Chemie der Ionisation, welche bei unterschiedlichen Flammentemperaturen auftritt, kann unterschieden werden durch Verwendung mehrerer Kollektoren. Antworten, welche für funktionale Gruppen des Analyts spezifisch sind, können verwendet werden, um eine Trennschärfe und Empfindlichkeit der Analyse zu verbessern.The effective volume of a detector can be reduced (and the resolution can be increased by operating the detector under vacuum. For example, when a flame ionization detector is operated under vacuum, the hydrogen flame will lengthen, and the chemistry of ionization, which occurs at different flame temperatures can be distinguished by using multiple collectors. Answers, which for functional Groups of the analyte are specific, can be used to a selectivity and To improve the sensitivity of the analysis.
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